JP2007157638A - Light source device and image display device using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関し、詳しくは、複数の点状光源を含む光源装置と、その光源装置を使用した投影型の画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device, and more particularly to a light source device including a plurality of point light sources and a projection-type image display device using the light source device.
従来、フロントプロジェクタやリアプロジェクションテレビ等の投影型画像表示装置(以下、プロジェクタともいう)用の光源としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の放電灯が用いられてきた。一方、近年、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の発光ダイオード(LED)を光源として用いたプロジェクタが開発されており、プロジェクタの小型軽量化に寄与すると共に色再現性において放電灯方式を上回る性能が報告されている(例えば、特許文献1参照)。加えて、LED光源は、放電灯光源と比較して、水銀を使用していない、防爆性に優れている、比較的簡易な駆動回路を用いてバッテリー駆動可能であるためモバイル用途のプロジェクタの光源として好適である等の様々な優れた特徴を有するものである。 Conventionally, discharge lamps such as ultra-high pressure mercury lamps, metal halide lamps, and xenon lamps have been used as light sources for projection image display devices (hereinafter also referred to as projectors) such as front projectors and rear projection televisions. On the other hand, in recent years, projectors using red (R), green (G), and blue (B) light emitting diodes (LEDs) as light sources have been developed, which contributes to the reduction in size and weight of projectors and is free from color reproducibility. Performance exceeding the electric light system has been reported (for example, see Patent Document 1). In addition, the LED light source does not use mercury compared to the discharge lamp light source, has excellent explosion-proof properties, and can be driven by a battery using a relatively simple drive circuit. As such, it has various excellent features.
図10は、LED光源を用いた従来のプロジェクタの光学系を示す斜視図である。図10に示す光学系100は、光源モジュール102、凸レンズ103、インテグレータロッド104、リレーレンズ系105、映像表示素子106、投映レンズ101を含んでおり、光源モジュール102は、赤色LED、青色LED、緑色LEDを含む複数のLED121と、各LED121にそれぞれ対応する集光レンズ122から構成されている。また、凸レンズ103はインテグレータロッド104の入射口104a側に配置され、第1のリレーレンズ151と第2のリレーレンズ152からなるリレーレンズ系105は、インテグレータロッド104の出射口104b側に配置されている。
FIG. 10 is a perspective view showing an optical system of a conventional projector using an LED light source. An
光学系100は、以上のような構成により演色性および光の利用効率の向上を図るものであり、光学系100における光の進み方は次の通りである。各LED121から出射した光は、それぞれ対応する集光レンズ122で集光されつつ凸レンズ103に導かれる。そして、凸レンズ103によって絞られた光が入射口104aからインテグレータロッド104に入射し、出射口104bから均一な光束として出射される。インテグレータロッド104からの出射光は、リレーレンズ系105によって映像表示素子106に導かれ、その面上からの反射光が投映レンズ101によってスクリーンに投映される。
The
しかしながら、図10に示す光学系100において、LED121は、集光レンズ122からその焦点距離程度の間隔をおいて配置されており、集光レンズ122および凸レンズ103を介してインテグレータロッド104と結合されているため、漏れ光による結合損失が発生する可能性があり、特に、出射光の広がり角が大きいLEDを使用する場合には、結合損失が増大してプロジェクタの光量が低減するという問題があった。同様に、インテグレータロッド104からの出射光は、第1のリレーレンズ151と第2のリレーレンズ152からなるリレーレンズ系105を介して映像表示素子106に導かれるものであるため、漏れ光による結合損失が発生する可能性がある。
However, in the
さらに、光学系100は、インテグレータロッド104とは別体に構成されたレンズ群122、103、151、152を要するものであるため、部品点数の増加によるプロジェクタのコストの増大や信頼性の低下を招くと共に、光学系100が大型化して体積利用効率の低いものとなるといった問題があった。
Furthermore, since the
また、LED121からの出射光の集光効率を向上させるために、集光レンズ122として開口径の大きいものを使用すると、光源モジュール102の配置スペースの制約により、集光レンズ122の数、ひいては、対応するLED121の灯数を増加させることが困難になり、LEDの多灯化によるプロジェクタの光量の増大が困難になる。
In addition, in order to improve the light collection efficiency of the light emitted from the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の点状光源からの出射光の合波機能および光均一化機能を備えると共に、点状光源からの出射光の利用効率を向上させた小型かつ軽量な光源装置、およびそれを使用した画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a function of combining light emitted from a plurality of point light sources and a light equalizing function, and improves the utilization efficiency of light emitted from the point light sources. Another object of the present invention is to provide a small and lightweight light source device and an image display device using the light source device.
上記目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、複数の点状光源と、光合成プリズム部と、インテグレータ部とを備えた光源装置であって、前記光合成プリズム部は、複数の光入射面と、該光入射面から内部に入射した光を波長選択的に反射または透過する複数のダイクロイック面と、該ダイクロイック面を反射または透過した光を出射する光出射面とを備え、前記インテグレータ部は、複数の反射面により構成された導光路と、該導光路の一端面からなる光入射口と、前記導光路の他端面からなる光出射口とを備えており、
前記複数の点状光源のそれぞれは、前記光合成プリズム部のいずれかの前記光入射面に密着して配置され、前記光合成プリズム部の光出射面と前記インテグレータ部の光入射口とは略同一の形状を有し、前記光合成プリズム部と前記インテグレータ部は、前記光合成プリズム部の前記光出射面と前記インテグレータ部の前記光入射口とが対向するように一体化されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light source device according to the present invention is a light source device including a plurality of point light sources, a light combining prism unit, and an integrator unit, wherein the light combining prism unit includes a plurality of light incident units. The integrator unit comprising: a surface; a plurality of dichroic surfaces that selectively reflect or transmit light incident on the inside from the light incident surface; and a light emitting surface that emits light reflected or transmitted through the dichroic surface. Is provided with a light guide path constituted by a plurality of reflecting surfaces, a light incident port consisting of one end face of the light guide path, and a light exit opening consisting of the other end face of the light guide path,
Each of the plurality of point light sources is disposed in close contact with one of the light incident surfaces of the light combining prism unit, and the light emitting surface of the light combining prism unit and the light incident port of the integrator unit are substantially the same. The light combining prism portion and the integrator portion are integrated so that the light emitting surface of the light combining prism portion and the light entrance of the integrator portion face each other.
本発明によれば、複数の点状光源を光合成プリズム部のいずれかの光入射面に密着して配置し、光合成プリズム部の光出射面とインテグレータ部の光入射口とを略同一の形状として、光合成プリズム部とインテグレータ部とを、光合成プリズム部の光出射面とインテグレータ部の光入射口とが対向するように一体化した構成とすることによって、光源、合成プリズム部、およびインテグレータ部の各構成要素を、別体のレンズ群を用いることなく高効率に結合することが可能となる。これによって、複数の点状光源からの出射光の、結合損失の極めて小さい取りこみが可能となると共に、光源装置の体積利用効率が向上し、部品点数を低減して、小型かつ信頼性の高い光源装置を提供することができる。 According to the present invention, a plurality of point light sources are disposed in close contact with any of the light incident surfaces of the light combining prism unit, and the light emitting surface of the light combining prism unit and the light incident port of the integrator unit have substantially the same shape. By combining the light combining prism unit and the integrator unit so that the light emitting surface of the light combining prism unit and the light incident port of the integrator unit face each other, each of the light source, the combining prism unit, and the integrator unit The components can be coupled with high efficiency without using a separate lens group. As a result, it is possible to capture light emitted from a plurality of point light sources with extremely small coupling loss, improve the volume utilization efficiency of the light source device, reduce the number of parts, and achieve a compact and highly reliable light source. An apparatus can be provided.
本発明の一態様において、前記光合成プリズム部は、1側面を前記光出射面とし該光出射面以外の5側面を前記光入射面とする略立方体状に形成されており、前記光出射面に略直交する4つの前記光入射面からそれぞれ入射する光を波長選択的に反射または透過し、かつ、前記光出射面に対向する前記光入射面から入射する光を透過する4つのダイクロイック面を備えているものである。 In one aspect of the present invention, the light combining prism portion is formed in a substantially cubic shape having one side surface as the light emitting surface and five side surfaces other than the light emitting surface as the light incident surface. Four dichroic surfaces are provided that selectively reflect or transmit light incident from the four light incident surfaces that are substantially orthogonal to each other, and transmit light incident from the light incident surface facing the light exit surface. It is what.
光構成プリズム部を上記所定の構成とすることによって、最大で5個の点状光源からの出射光を、光軸調整を要することなく、1個の光合成プリズム部で合成することができる。これによって、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率を維持しつつ容易かつ安価に構成することが可能となる。また、種々の波長の光を出射する点状光源を適宜組み合わせることによって、より多様なスペクトル分布を有する光を合成することができる。 By setting the optical configuration prism unit to the above-described predetermined configuration, it is possible to synthesize light emitted from a maximum of five point-like light sources by a single light synthesis prism unit without requiring optical axis adjustment. As a result, it is possible to easily and inexpensively configure a light source device having a high-luminance multi-lamp configuration while maintaining high volume utilization efficiency. Further, light having various spectral distributions can be synthesized by appropriately combining point light sources that emit light of various wavelengths.
また、本発明に係る光源装置は、好ましくは、前記インテグレータ部の前記光入射口または前記光出射口のいずれか一方あるいは両方に設けられたフレネルレンズを備えるものであり、これによって、インテグレータ部からの出射光の広がり角度を任意に制御し、例えば光変調手段等の、後続する任意の光学要素に高効率に光を導くことが可能となる。 In addition, the light source device according to the present invention preferably includes a Fresnel lens provided at one or both of the light incident port and the light emitting port of the integrator unit. It is possible to arbitrarily control the spread angle of the emitted light and guide the light to any subsequent optical element such as a light modulation unit with high efficiency.
また、本発明の一態様において、前記インテグレータ部は、中実の透光性部材であり、前記インテグレータ部の光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するものである。これによって、インテグレータ部からの出射光の広がり角度を任意に制御するものである。 In one embodiment of the present invention, the integrator unit is a solid translucent member, and has a refractive index distribution in a direction perpendicular to the optical axis of the integrator unit. Thus, the spread angle of the light emitted from the integrator unit is arbitrarily controlled.
さらに、本発明に係る光源装置は、所定の構成を有する前記光源装置を、複数平行に配列して構成するものであってもよい。本発明に係る光源装置は、合成プリズム部とインテグレータ部とを一体化した比較的単純な構成を有しているため、1単位の光源装置を複数平行に配列することによって、光軸調整等を要することなく、容易に複合化することができ、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率を維持しつつ、容易かつ安価に構成することが可能となる。 Furthermore, the light source device according to the present invention may be configured by arranging a plurality of the light source devices having a predetermined configuration in parallel. Since the light source device according to the present invention has a relatively simple configuration in which the combining prism unit and the integrator unit are integrated, the optical axis adjustment and the like can be performed by arranging a plurality of light source devices in one unit in parallel. The light source device having a high luminance and multiple lighting configuration can be easily and inexpensively maintained while maintaining high volume utilization efficiency.
また、本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る前記光源装置と、該光源装置からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段と、前記光変調手段からの光を拡大して投射する投射光学系とを備えていることを特徴とする。 An image display device according to the present invention includes the light source device according to the present invention, a light modulation unit that spatially modulates light from the light source device based on image information, and light from the light modulation unit. And a projection optical system for projecting in an enlarged manner.
本発明に係る画像表示装置によれば、その光源装置が大幅に小型・軽量化されていることによって、画像表示装置の小型・軽量化が促進されると共に、その光源装置が、複数の点状光源からの出射光を結合損失なく取り込み、かつ、点状光源の灯数を容易に多灯化することが可能であるため、画像表示装置を容易かつ安価に高輝度化することができる。また、複数の点状光源の灯数を変更して、光源装置の発光輝度を容易に調整できるため、スクリーン等に投影される画像の所望の明るさに応じて、最適な光源を有する画像表示装置を設計することができる。 According to the image display device of the present invention, the light source device is greatly reduced in size and weight, so that the reduction in size and weight of the image display device is promoted. Since the light emitted from the light source can be captured without coupling loss and the number of point light sources can be easily increased, the brightness of the image display device can be increased easily and inexpensively. In addition, since the light emission brightness of the light source device can be easily adjusted by changing the number of lamps of a plurality of point light sources, an image display having an optimal light source according to the desired brightness of the image projected on a screen or the like The device can be designed.
本発明は、このように構成したため、複数の点状光源からの出射光の合波機能および光均一化機能を備えると共に、点状光源からの出射光の利用効率を向上させた小型かつ軽量な光源装置を提供することが可能となる。また、その光源装置を使用することで、投影型の画像表示装置の小型・軽量化、及び高輝度化を促進することが可能となり、例えば、バッテリー駆動に対応したモバイル用途の簡易型プロジェクタとして好適な画像表示装置を容易に実現することができる。 Since the present invention is configured as described above, it has a function of combining and uniformizing light emitted from a plurality of point light sources, and is small and lightweight with improved utilization efficiency of light emitted from the point light sources. A light source device can be provided. In addition, by using the light source device, it is possible to promote the reduction in size, weight, and increase in brightness of the projection type image display device. For example, it is suitable as a simple projector for mobile use that supports battery driving. A simple image display device can be easily realized.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明するが、各図面は説明のためのものであり、必ずしも実際の形状、寸法を正確に反映するものではない。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation, and do not necessarily accurately reflect actual shapes and dimensions.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施施形態における光源装置10の要部を示す斜視図である。図1に示すように、光源装置10は、複数の点状光源1、2、3と、光合成プリズム部4と、インテグレータ部5とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a
本実施形態において、点状光源1、2、3は、それぞれ異なる波長の光を出射する発光ダイオード(LED)であり、例えば、点状光源1は、第1の波長(例えば、緑色)の光、点状光源2は、第2の波長(例えば、青色)の光、点状光源3は、第3の波長(例えば、例えば赤色)の光を、それぞれ出射するものである。
In the present embodiment, the
光合成プリズム部4は、3体の光学プリズムユニット4A、4B、4Cから略直方体状に構成されており、その1側面4aと領域4c、4dからなる1側面を光入射面、1側面4bを光出射面とするものである。また、光学プリズムユニット4Aと4Bとの接合面には、ダイクロイック面S1が形成され、光学プリズムユニット4Bと4Cとの接合面には、ダイクロイック面S2が形成されている。
The light combining
これらのダイクロイック面S1、S2は、誘電体多層膜により所定の波長選択的反射/透過特性を有するように形成されている。本実施形態では、ダイクロイック面S2は、点状光源3からの第3の波長の光を反射し、かつ、第1および第2の波長の光を透過するものであり、ダイクロイック面S1は、点状光源2からの第2の波長の光を反射し、かつ、第1の波長の光を透過するものである。
These dichroic surfaces S1 and S2 are formed by a dielectric multilayer film so as to have predetermined wavelength selective reflection / transmission characteristics. In the present embodiment, the dichroic surface S2 reflects the light of the third wavelength from the point
また、本実施形態において、インテグレータ部5は、その4側面5c、5d、5e、5fが光反射面として形成され、一端面5aを光入射口、他端面5bを光出射口とする導光路を構成するものである。その際、インテグレータ部5は、ガラス、あるいは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂のような透光性材料から中実の四角柱として形成されるものであってもよく、あるいは、側面5c、5d、5e、5fに相当する光反射性の壁面を組み合わせることにより、中空の四角柱として形成されるものであってもよい。
Further, in this embodiment, the
本実施形態における光源装置10において、光合成プリズム部4の光出射面4bとインテグレータ部5の光入射口5aとは略同一の形状を有しており、光合成プリズム部4とインテグレータ部4は、光合成プリズム部4の光出射面4bとインテグレータ部5の光入射口5aとが対向するように、例えば接着等の手段によって一体化されている。また、点状光源1は光合成プリズム部4の光入射面4aに、点状光源2は光合成プリズム部4の光入射面4cに、点状光源3は光合成プリズム部4の光入射面4dに、それぞれ密着して配置されている。
In the
以上のように構成された光源装置10において、各点状光源1、2、3から出射された光は、それぞれ密着する光入射面4a、4c、4dから、結合損失を発生させることなく合成プリズム部4内に入光し、上述したダイクロイック面S1、S2による反射または透過を経て、それらの合成光が光出射面4bに導かれる。次いで、合成プリズム部4の光出射面4bから出射した合成光は、合成プリズム部4と一体化された光入射口5aから、同様に結合損失を発生させることなく、インテグレータ部5に入光し、その光反射面5c、5d、5e、5fでの多重反射によって均一化された光束が、光出射口5bから出射することになる。
In the
本実施形態における光源装置10は、このように、複数の点状光源1、2、3、合成プリズム部4、およびインテグレータ部5の各構成要素を、別体のレンズ群を用いることなく高効率に結合するものであり、それによって、複数の点状光源1、2、3からの出射光の、結合損失の極めて小さい取りこみが可能となると共に、小型かつ信頼性の高い光源装置を提供するものである。
As described above, the
なお、本実施形態において、合成プリズム部4は、ダイクロイック面S1を有する1体の2波用ダイクロイックプリズムと、ダイクロイック面S2を有する1体の2波用ダイクロイックプリズムとを直列に接合してなるものであってもよい。
In the present embodiment, the combining
また、本実施形態における合成プリズム部は、図2に示す光学装置20のように、4体の光学プリズムユニット4A、4B、4C、4Dから略立方体状に構成され、ダイクロイック面S1(第2の波長の光を反射し、かつ、第1および第3の波長の光を透過する)とダイクロイック面S2(第3の波長の光を反射し、かつ、第1および第2の波長の光を透過する)とが交差するように形成された、所謂クロスキューブプリズム14とするものであってもよい。
Further, as in the
以下、本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明において、それぞれの実施形態について共通する部分の説明は適宜省略し、各実施形態の特徴部分について詳述する。 Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described, but in the following description, descriptions of portions common to the respective embodiments will be omitted as appropriate, and characteristic portions of each embodiment will be described in detail.
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態における光源装置30の要部を示す斜視図である。本実施形態における光源装置30は、その光合成プリズム部24を5波合成用のダイクロイックプリズムとし、1つの光合成プリズム部24で5個の点状光源1、2、3、34、35からの出射光を合成する構成とした点で、上述した第1の実施形態における光源装置10、20と相違するものである。以下、図4を参照して、本実施形態の主要な特徴である光合成プリズム部24の構成について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a perspective view showing a main part of the
図4は、光源装置30で用いられる5波合成用のダイクロイックプリズム(以下、ダブルクロスキューブプリズムともいう)24の構成を示す図であり、(a)は組立て状態、(b)および(c)は、それぞれ分解状態で示す斜視図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a dichroic prism (hereinafter also referred to as a double cross cube prism) 24 used for the
ダブルクロスキューブプリズム24は、図4(a)に示すように、1側面24bを光出射面とし、この光出射面24b以外の5側面24a、24c、24d、24e、24fを光入射面とする略立方体状に形成されており、光出射面24bに略直交する4つの光入射面24c、24d、24e、24fからそれぞれ入射する光を波長選択的に反射または透過し、かつ、光出射面24bに対向する光入射面24aから入射した光を透過する4つのダイクロイック面S1、S2、S3、S4を備えている。
As shown in FIG. 4A, the double
すなわち、ダブルクロスキューブプリズム24において、ダイクロイック面S1は、光入射面24cから入射する点状光源2からの第2の波長の光を反射し、他の波長の光を透過する波長選択的反射/透過特性を有するものである。同様に、ダイクロイック面S2は、光入射面24eから入射する点状光源3からの第3の波長を反射して他の波長の光を透過し、ダイクロイック面S3は、光入射面24dから入射する点状光源34からの第4の波長の光を反射して他の波長の光を透過し、ダイクロイック面S4は、光入射面24fから入射する点状光源35からの第5の波長の光を反射して他の波長の光を透過する波長選択的反射/透過特性をそれぞれ有するものである。また、すべてのダイクロイック面S1〜S4は、光入射面24aから入射する点状光源1からの第1の波長の光を透過するものである。
That is, in the double
本実施形態において、上述した第1〜第5の光の波長は、すべて異なるものであっても、または、同一の波長帯の光を含むものであってもよく、光源装置30に必要な輝度および演色性等に応じて適切に決定されるものであるが、例えば、第1の波長を緑色光、第2の波長を青色光、第3の波長を赤色光、第4の波長を黄緑色、第5の波長をシアン色とすることができる。この構成では、黄緑色とシアン色との合成により緑色の全体光量を増大し、演色性に優れた明るい光源装置を得ることができる。
In the present embodiment, the wavelengths of the first to fifth lights described above may be all different or may include light in the same wavelength band, and the luminance required for the
ここで、ダブルクロスキューブプリズム24の具体的な構成の一例を示せば、次のようなものである。まず、図4(b)に示すように、ダブルクロスキューブプリズム24を、Z方向(図4(a)参照)を高さ方向とする三角柱状の4つのブロックA、A、B、Bに分解すると、ブロックAは、一対の光学プリズムユニットa1、a1と、もう一対の光学プリズムユニットa2、a2の4体の光学プリズムユニットから構成され、ブロックBは、一対の光学プリズムユニットb2、b2と光学プリズムユニットb1から構成されている。この際、XY面内で交差してZ方向に延在するダイクロイック面S1、S2は、各光学プリズムユニットa1、a2、b1、b2の、ブロックA、Bの側面を構成する各面上に形成されている。
Here, an example of a specific configuration of the double
一方、図4(c)に示すように、ダブルクロスキューブプリズム24を、Y方向(図4(a)参照)を高さ方向とする三角柱状の4つのブロックC、C、D、Dに分解すると、ブロックCは、一対の光学プリズムユニットa1、a1と、もう一対の光学プリズムユニットb2、b2の4体の光学プリズムユニットから構成され、ブロックDは、一対の光学プリズムユニットa2、a2と光学プリズムユニットb1から構成されている。この際、XZ面内で交差してY方向に延在するダイクロイック面S3、S4は、各光学プリズムユニットa1、a2、b1、b2の、ブロックC、Dの側面を構成する各面上に形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 4C, the double
本実施形態における光源装置30は、その光合成プリズム部24をダブルクロスキューブプリズムとしたことによって、上述した第1の実施形態と同様な作用・効果に加えて、最大で5個の点状光源1、2、3、34、35からの出射光を、光軸調整を要することなく、1個の光合成プリズム部24で合成することが可能となり、これによって、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率を維持しつつ容易かつ安価に構成することが可能となる。また、使用する点状光源1、2、3、34、35からの出射光の波長を適宜組み合わせることによって、合成プリズム部24から出射する合成光として、多様なスペクトル分布を有する光を容易に実現することができる。
In the
ここで、図1〜図3に示す光源装置10、20、30について、そのインテグレータ部5は略直方体状としたが、本発明に係る光源装置におけるインテグレータ部は、図5に示す光源装置40のインテグレータ部15のように、その光入射口15aから光出射口15bに向かって先細となるテーパ形状に形成されていてもよい。インテーグレータ部15を、このような構成とすることによって、インテグレータ部15内を伝播する光の全反射の回数が増大するため、その均一化作用を増大させることができる。
Here, for the
なお、図5は、図1に示す光合成プリズム部4を有するものとして示されているが、同様のインテグレータ部15は、図2および図3に示す光合成プリズム部14、24と共に使用できるものである。同様に、以下の説明において、説明の便宜のために上述した特定の実施形態における光源装置(例えば、図1に示す光源装置10)に相当する構成を示している場合、その構成を、他の実施形態(例えば、図2、図3、および図5に示す光源装置20、30、40)に代替することが可能なことは言うまでもない。
Although FIG. 5 is shown as having the light combining
(第3の実施形態)
図6(a)、(b)は、本発明に係る光源装置の第3の実施形態を示す斜視図である。図6(a)に示す光源装置50は、図1に示す光源装置10と同様の構成に加えて、インテグレータ部5の光出射口5bに配置されたフレネルレンズ26を備えるものであり、好ましくは、接着等の手段によりインテグレータ部5の光出射口5bに一体化されている。
(Third embodiment)
FIGS. 6A and 6B are perspective views showing a third embodiment of the light source device according to the present invention. The
ここで、フレネルレンズ26は、平板状の透光性基板の一面に同心円状に設けられた複数の微小な屈折面の集合により、一枚のレンズ面(例えば、凸レンズ)の曲面を再現するものであり、これによって、インテグレータ部5から出射光の広がり角を任意に制御することができる。本発明に係る光源装置は、図6(a)に示す光源装置50のように、平板状のフレネルレンズ26を容易に一体化できるため、部品点数が少ない小型の光源装置としての特徴を保持したまま、インテグレータ部5からの出射光を、後続の光学要素(例えば、後述する光変調手段)へと効率良く導くことができる。
Here, the
また、本発明に係る光源装置において、図6(b)に示す光源装置60のように、フレネルレンズ26をインテグレータ部5の光入射口5aに配置するものであってもよい。この場合には、光合成プリズム部4とインテグレータ部5とは、フレネルレンズ26を介して一体化されるものである。なお、図6(a)、(b)に示す光源装置50、60において、フレネルレンズ26は、インテグレータ部5とは別体に形成されるものとしたが、インテグレータ部5が透光性部材により中実の角柱として構成される場合には、光出射口5bまたは光入射口5aをなす端面にフレネルレンズを一体に形成するものであってもよい。
Further, in the light source device according to the present invention, the
さらに、上述した実施形態を通じて、そのインテグレータ部が中実の透光性部材からなる場合には、インテグレータ部の光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するものとすることができる。次に、図7を参照して、屈折率分布を有するインテグレータ部25の構成例を説明する。
Furthermore, through the above-described embodiments, when the integrator unit is made of a solid translucent member, it can have a refractive index distribution in a direction perpendicular to the optical axis of the integrator unit. Next, a configuration example of the
図7(a)は、インテグレータ部25の構成を模式的に示す斜視図であり、図7(b)は、図7(a)に示すインテグレータ部25の光軸Lに垂直な断面(YZ断面)を模式的に示す図である。
FIG. 7A is a perspective view schematically showing the configuration of the
インテグレータ部25は、複数個の直方体形状の透光性樹脂を積層して形成するものであり、図7(a)には、合計64個の直方体を、Y方向に8層およびZ方向に8層積層してインテグレータ部25を構成する例が示されている。インテグレータ部25は、一端25aを光入射口、他端25bを光出射口とするものであり、インテグレータ部25を構成する各直方体は、インテグレータ部25の光軸L方向(X方向)には一様な屈折率を有している。以下、インテグレータ部25を構成する各直方体を、図7(a)に示すように、(1,1)〜(8,8)の座標を付して参照する。
The
図7(b)に示すように、インテグレータ部25において、その中心部分(右上がりのハッチング部)を構成する直方体(4,5)、(5、5)、(4,4)、(5、4)は、最も高い屈折率を有する部材で構成されており、直方体(3,7)等を含むその周辺部分(右下がりのハッチング部)は、中心部分よりも低い屈折率を有する部材で構成され、さらに、直方体(1,1)等を含む、最外縁部分(ハッチングの無い部分)が、最も低い屈折率を有する部材で構成されている。
As shown in FIG. 7 (b), in the
以上のような構成により、インテグレータ部25の光入射口25aから入射した光は、インテグレータ25内部を伝播するにつれて収束されて、光出射口25bから出射することになる。
With the configuration as described above, the light incident from the
なお、上述したような屈折率分布は一例として示すものであり、インテグレータ部25を構成する各直方体の屈折率構成を適宜変更することによって、任意の所望の屈折率分布を有するインテグレータ部を設計することができる。これによって、図6に示したフレネルレンズ26と同様に、インテグレータ部25から出射する光の広がり角を任意に制御することができる。
The refractive index distribution as described above is shown as an example, and an integrator unit having an arbitrary desired refractive index distribution is designed by appropriately changing the refractive index configuration of each rectangular parallelepiped constituting the
(第4の実施形態)
次に、図8を参照して本発明に係る光源装置の第4の実施形態を説明する。本発明に係る光源装置は、上述した第1〜第3の実施形態における光源装置を1単位として、それらを複数平行に配列して構成するものであってもよい。図8(a)は、図1に示す光源装置10を2単位平行に配列してなる光源装置70を示す斜視図であり、図8(b)は、同様に、図1に示す光源装置10を4単位平行に配列してなる光源装置80を示す斜視図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the light source device according to the present invention will be described with reference to FIG. The light source device according to the present invention may be configured by arranging the light source devices in the first to third embodiments described above as one unit and arranging them in parallel. FIG. 8A is a perspective view showing a
光源装置10は、複数点状光源1、2、3と、光合成プリズム部4と,インテグレータ部5とを、別体のレンズ群等を用いることなく結合して一体化したものであるため、図8(a)、(b)に示す光源装置70、80のように、光源装置10に相当する光源装置ユニット10−1、10−2、10−3、10−4を複数平行に配列することによって、光軸調整等を要することなく、容易に複合化することができる。これによって、高輝度な多灯化構成の光源装置を、高い体積利用効率という本発明に係る光源装置の特徴を維持しつつ、容易かつ安価に構成することが可能となる。
Since the
なお、図8(a)、(b)に示すように、光源装置70、80においてフレネルレンズを使用する場合には、各光源装置ユニット10−1、10−2、10−3、10−4に対するレンズ面を備えたフレネルレンズ27、29と、フレネルレンズ27、29からの出射光の広がりに対応する一枚のレンズ面を備えたフレネルレンズ28、31とを直列に配列して使用することが好ましい。その際、さらに好ましくは、少なくともフレネルレンズ27、29は、光源装置ユニット10−1、10−2、10−3、10−4と一体に構成されるものである。
As shown in FIGS. 8A and 8B, when using a Fresnel lens in the
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態として、本発明に係る光源装置を使用した画像表示装置を説明する。なお、以下に説明する実施形態では、その光源装置として図6に示す光源装置50を含むものとしたが、上述した他の光源装置のいずれを含むものであってもよいことは言うまでもない。
(Fifth embodiment)
Next, an image display apparatus using the light source device according to the present invention will be described as a fifth embodiment of the present invention. In the embodiment described below, the light source device includes the
図9は、本発明の第5の実施形態における画像表示装置90の光学系の要部を示す図である。図9に示すように、画像表示装置90は、光源装置50と、光源装置50からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段54と、光変調手段54からの光を拡大して投射する投射光学系56とを備えている。
FIG. 9 is a diagram showing a main part of the optical system of the
本実施形態において、光変調手段56は、例えば、図示しない駆動装置からの画像情報に応じて、画素単位で光の透過/非透過を制御する透過型の液晶表示素子である。この液晶表示素子は、カラーフィルタを備えて、その各画素が赤色、緑色、青色のカラー画素から構成されるものであってもよく、あるいは、図示しないダイクロイックミラー等の、液晶表示素子とは別体のの色分離手段を備えていても良い。さらに、光変調手段56をDMD素子等の反射型の光変調手段とし、図示しないカラーホイール等の色分離手段を備えるものであってもよい。 In the present embodiment, the light modulation means 56 is, for example, a transmissive liquid crystal display element that controls transmission / non-transmission of light in units of pixels in accordance with image information from a driving device (not shown). This liquid crystal display element may be provided with a color filter, and each pixel may be composed of red, green, and blue color pixels, or separate from a liquid crystal display element such as a dichroic mirror (not shown). Body color separation means may be provided. Further, the light modulation means 56 may be a reflection type light modulation means such as a DMD element, and may be provided with a color separation means such as a color wheel (not shown).
本発明に係る画像表示装置によれば、その光源装置50が大幅に小型・軽量化されていると共に、別体のレンズ群を用いることなくその光学系を構成することが可能となるため、画像表示装置50の小型・軽量化が促進されるものである。また、その光源装置50が、複数の点状光源からの出射光を結合損失なく取り込むものであり、かつ、点状光源の灯数を容易に多灯化することが可能であるため、画像表示装置を容易かつ安価に高輝度化することができる。
According to the image display device of the present invention, the
1,2,3,34,35:点状光源、4,14,24:光合成プリズム部、4a,4c,4c,24a,24c,24d,24e,24f:光入射面、4b,24b:光出射面、5,15,25:インテグレータ部、5a,15a,25a:光入射口、5b、15b、25b:光出射口、54:光変調手段、56:投射光学系、90:画像表示装置
1, 2, 3, 34, 35: point light source, 4, 14, 24: light combining prism unit, 4a, 4c, 4c, 24a, 24c, 24d, 24e, 24f: light incident surface, 4b, 24b:
Claims (6)
前記光合成プリズム部は、複数の光入射面と、該光入射面から内部に入射した光を波長選択的に反射または透過する複数のダイクロイック面と、該ダイクロイック面を反射または透過した光を出射する光出射面とを備え、前記インテグレータ部は、複数の反射面により構成された導光路と、該導光路の一端面からなる光入射口と、前記導光路の他端面からなる光出射口とを備えており、
前記複数の点状光源のそれぞれは、前記光合成プリズム部のいずれかの前記光入射面に密着して配置され、
前記光合成プリズム部の光出射面と前記インテグレータ部の光入射口とは略同一の形状を有し、前記光合成プリズム部と前記インテグレータ部は、前記光合成プリズム部の前記光出射面と前記インテグレータ部の前記光入射口とが対向するように一体化されていることを特徴とする光源装置。 A light source device including a plurality of point light sources, a light combining prism unit, and an integrator unit,
The light combining prism unit emits a plurality of light incident surfaces, a plurality of dichroic surfaces that selectively reflect or transmit light incident on the light incident surfaces from the inside, and light reflected or transmitted by the dichroic surfaces. The integrator unit includes a light guide path configured by a plurality of reflection surfaces, a light incident port formed from one end surface of the light guide path, and a light output port formed from the other end surface of the light guide path. With
Each of the plurality of point light sources is disposed in close contact with the light incident surface of any of the light combining prism portions,
The light emitting surface of the light combining prism unit and the light incident port of the integrator unit have substantially the same shape, and the light combining prism unit and the integrator unit include the light emitting surface of the light combining prism unit and the integrator unit. The light source device is integrated so as to face the light incident port.
6. The light source device according to claim 1, a light modulating unit that spatially modulates light from the light source device based on image information, and expanding light from the light modulating unit. An image display device comprising a projection optical system for projecting.
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